Rayos cósmicos.
Ese es el nombre de las partículas cargadas que atraviesan nuestra galaxia. Se mueven rápido. Más rápido que cualquier cosa que los humanos hayan construido en la Tierra. El Gran Colisionador de Hadrones es impresionante. Estas partículas se ríen de ello.
En su mayoría son protones. Algunos electrones, claro. Pero los protones.
Durante décadas, los astrónomos supieron que tenía que haber una fuente. Un acelerador cósmico. Un “PeVatrón”. El problema era demostrarlo. No puedes simplemente mirar al cielo y decir: “Sí, son protones”. No sin confundirse.
Lo ha hecho un equipo internacional liderado por la Universidad de Hiroshima. Confirmaron que un objeto llamado LHAASO J1911+1014u es de hecho un protón PeVatron. Esto no es una suposición. No es un “tal vez”. Es la fuente de protones de mayor energía que hemos localizado hasta ahora en la Vía Láctea.
Por qué es importante el problema de los protones
Aquí está el obstáculo técnico: los rayos gamma.
Los rayos gamma son luz de alta energía. Surgen cuando los rayos cósmicos chocan contra las cosas. Generalmente gasolina. A veces campos magnéticos. ¿El problema? Tanto los protones como los electrones crean rayos gamma.
Si ves un estallido de rayos gamma, ¿cómo sabes qué partícula lo causó?
Los electrones son astutos. Pueden imitar firmas de protones. Esto ha hecho que durante mucho tiempo sea casi imposible confirmar un “protón PeVatron”. Un PeVatron acelera protones a energías superiores a un petaelectrón voltio (un cuatrillón de eV). Eso es enorme. Es el techo de energía para los aceleradores de partículas estándar de nuestra galaxia.
“Encontrar un acelerador de protones de rayos cósmicos por encima de ese nivel de PeVeV… es uno de los temas más apasionantes de la astrofísica moderna”, dijo Tsunefumi Mizuno. Mizuno es el autor principal y profesor asociado en el Centro de Ciencias Astrofísicas de Hiroshima.
Teníamos candidatos. Decenas de ellos. Pero no hay pruebas. LHAASO J1991+1014a estaba allí, brillando con una energía superior a 0,1 PeV. Pero sin una diferenciación clara entre fuentes de protones y electrones, siguió siendo un sospechoso, no un convicto.
Tres flechas, un objetivo
Mizuno citó un viejo proverbio japonés. “Una flecha es fácil de romper. Tres juntas, no tanto”.
Aplicó esa lógica. En lugar de depender de un solo instrumento, el equipo reunió tres conjuntos de datos distintos. Necesitaban descartar electrones y aislar protones.
- Rayos gamma desde el espacio: El Telescopio de Área Grande Fermi de la NASA midió rayos gamma alrededor de 1 GeV. Eso es mil millones de electronvoltios.
- Ondas de radio desde la Tierra: El estudio FOREST de Japón utilizando el telescopio Nobeyama de 45 m mapeó el gas interestelar.
- Rayos X desde el espacio: El Observatorio Chandra de la NASA observó débiles emisiones de rayos X.
¿Los resultados? Descartaron los electrones. Pavo frío.
La prueba irrefutable: gas, rayos gamma y silencio
¿Cómo supieron que no eran electrones?
Pista 1: La duración de la energía.
La emisión de rayos gamma no se detuvo. Se extendió continuamente desde más de 100 billones de eV hasta 400 millones de eV. Según la física, un acelerador de electrones no debería tener la capacidad de mantener esa forma. Los protones podrían.
Pista 2: El mapa del gas.
Fermi vio rayos gamma. FUGIN vio densas nubes de gas interestelar. Los mapas coincidían perfectamente. Los protones de alta energía chocan contra el gas. El gas choca con el gas. Los rayos gamma explotan. Si fueran electrones, el mapa se vería diferente. Los electrones no interactúan con el gas para crear rayos gamma de la misma manera. Interactúan con la luz y los campos magnéticos. La correlación era innegable.
Pista 3: La falta de ruido.
Éste es el sutil. Si tuvieras una población de electrones de alta energía, Chandra habría visto fuertes rayos X difusos. Los electrones giran en espiral en campos magnéticos y gritan en rayos X. Chandra vio… casi nada. Emisión muy débil. Silencio donde debería haber ruido.
“Tres pruebas apuntaban al protón PeVatron”, dijo Mizuno.
Los electrones fueron descartados. La correlación de gases confirmó los protones. El silencio de Chandra lo selló.
LHAASO J11+101u: Dónde y Qué
El objeto se encuentra en Aquila. Cerca de Altaír. Esa es la estrella brillante que completa el Triángulo de Verano. Todos conocemos ese triángulo de las noches de julio.
Inicialmente, los astrónomos pensaron que se trataba de un remanente de supernova. Sólo una estrella muerta que se desprende de sus entrañas. Pero luego detectaron emisiones superiores a 100 TeV (billones de electronvoltios). Eso cambió la narrativa.
No es sólo un remanente. Es un acelerador en funcionamiento.
El estudio, publicado en The Astrophysical Journal, utiliza lo que el equipo llama “modelado integral de múltiples longitudes de onda”. Es una forma elegante de decir que observaron la fuente en radio, rayos X y luz de rayos gamma y obligaron a que los datos tuvieran sentido. Sólo cabe una explicación: la aceleración de los protones.
Más allá de la fuente única
Esto no termina aquí.
La Vía Láctea está llena de estas cosas. LHAASO ha señalado docenas de otros PeVatrons de protones potenciales. Ahora tenemos una plantilla. Un ejemplo confirmado. Una línea de base.
“Ahora planeamos examinar a esos candidatos sistemáticamente”, señaló Mizuno.
Estamos pasando de adivinar a verificar. El siguiente paso es descubrir cuáles de las otras manchas brillantes de nuestra galaxia en realidad están empujando a los protones a velocidades de mil billones de electronvoltios.
Hasta entonces, una cosa sabemos con certeza. El espacio está acelerando protones más rápido de lo que jamás imaginamos. Y ahora, por fin, podemos demostrarlo.
“Esta investigación se logra gracias al esfuerzo de equipo”, dijo Mizuno. “Una flecha es fácil de romper…”
Tres flechas. Incluido. Confirmado.
